[发明专利]一种折射率负渐变型大芯径传能石英光纤

说明书

本发明一种折射率负渐变型大芯径传能石英光纤，所述光纤包含有包裹于包层（102）中心的纤芯（101），所述纤芯（101）的折射率分布结构为由外缘向中心折射率逐渐降低，纤芯（101）中心最低点相对于纤芯（101）最外层边界的相对折射率差Δ1∈（‑0.5%，‑0.1%）,所述纤芯（101）的直径D1∈（100μm，1000μm）；纤芯（101）最外层边界的折射率值n1∈（1.454，1.459）；所述包层（102）为掺氟均质石英材料，其直径D2∈（110μm，1400μm），包层（102）相对于纤芯（101）最外层边界的相对折射率差Δ2∈（‑1.4%，‑0.6%）。本发明涉及一种折射率负渐变型大芯径传能石英光纤，能增强大芯径石英光纤激光传输的传输有效距离和均匀性。

技术领域

本发明涉及一种传输高斯分布中高功率能量激光的大芯径石英光纤，该光纤具有平坦的激光功率耦合分布和高的激光功率损伤阈值，属于光纤激光技术领域。

背景技术

大芯径多模传能光纤可以在三维复杂空间内灵活安全的传输较高的激光能量，能将高功率激光传送到特定的位置，起到简化光路系统和提升激光系统应用工作平台灵活性的作用，已被广泛的应用于军事、激光加工、医疗、传感、照明等众多领域。相对于纤芯直径不大于10μm的单模光纤而言，纤芯直径大于100μm的大芯径石英光纤是用于传输中高功率能量的优选材料。大芯径石英光纤具有较大的数值孔径、较大的纤芯直径，非常有利于能量激光的耦合及传输。

纯石英均质的材料结构使得光纤具有较高的材料激光耐受能力。在中国专利201010606651.7中，描述了一种用于阳光照明传能的大芯径石英光纤，该光纤采用纯石英玻璃芯层材料结构。在中国专利201410591146.8中，描述了一种简单阶梯型折射率分布，纯石英或掺氟石英芯层大芯径石英传能光纤。在该专利中，没有说明该发明光纤在传输大功率阳光的过程中如何防止高能量光的聚集，从而导致光纤芯层损伤。

在中国专利201310435892.3 中，描述了一种芯层掺锗并且具有渐变折射率剖面的大芯径弯曲不敏感多模光纤，该光纤通过折射率下陷的包层来提高光纤的抗弯曲性能。但采用正渐变折射率芯层设计，会导致传输的光斑的聚焦作用，输出端的光斑的激光能量会会聚到光纤芯层的中心区域，造成传输的失真。

发明内容

为方便介绍本发明内容，定义以下术语：

相对折射率差：该层折射率n与纯石英材料折射率的相对差值，计算公式如下：

△1=2×（n1-1.457）/（n1+1.457）×100%；

本发明所要解决的技术问题是针对前述的现有技术存在的不足而提供一种平坦的激光功率耦合分布和高的激光功率损伤阈值的中高功率用折射率负渐变型大芯径传能石英光纤。

一般的，掺杂剂会改变石英玻璃的相对折射率。锗（Ge）、磷（P）等掺杂剂可以使得掺杂后的石英玻璃的相对折射率增加，我们称之为“正掺杂剂”，而氟（F）、硼（B）等掺杂剂可以使得掺杂后的石英玻璃的相对折射率减少，我们称之为“负掺杂剂”。如果同时使用一种“正掺杂剂”和一种“负掺杂剂”对石英玻璃进行掺杂，则掺杂后的石英玻璃的相对折射率可以为正值、负值、或者为0。

本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：

一种折射率负渐变型大芯径传能石英光纤，所述光纤包含有纤芯、包层和涂覆层，纤芯为负渐变型折射率分布、包层为均质折射率分布，所述的纤芯为掺锗和氟石英玻璃层，直径D1∈（100μm，1000μm），该层为负渐变折射率分布，从包层边界向纤芯中心材料的折射率值逐渐降低，纤芯的中心最低点相对于纤芯最外层边界的相对折射率差Δ1∈（-0.5%，-0.1%）；纤芯最外层边界的折射率值n1∈（1.454，1.459）；所述的石英包层为掺氟石英玻璃层，均质折射率分布，其直径D2∈（110μm，1400μm），包层相对于纤芯最外层边界的相对折射率差Δ2 ∈（-1.4%，-0.6%）。